JPWO2013172053A1 - 太陽電池の制御装置 - Google Patents

Abstract

日射量の変化に伴う電力損失をより低減した探索点の設定を可能とする太陽電池の制御装置である。パワーコンディショナ２において、太陽電池の出力電流を検出する電流センサ１１と、電流センサ１１から得られる電流値を入力として太陽電池の動作電力値が極値であるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、極値と判定した電圧値と電流値とを記憶する極値監視部６と、電流センサ１１から得られる電流値と、極値と判定した際の太陽電池の出力電流値との比に基づいて、太陽電池の電圧−電力特性の極値探索を行う際の電圧幅を設定する変動幅決定部１７ａと、を有する。

Description

本発明は、太陽光発電システムに係わり、特に、日射量が急激に変化した場合でも太陽電池から発電電力を効率良く取り出す最大電力点追従制御方式を採用した太陽電池の制御装置に適用して有効な技術に関する。

従来の太陽電池の最大電力点追従制御方式（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ：ＭＰＰＴ）を採用した制御装置として、例えば、非特許文献１や特許文献１〜２に記載される技術などがある。

前記非特許文献１には、電圧制御型の山登り法と呼ばれるＭＰＰＴ方式が開示されている（非特許文献１の図２）。山登り法は、前回測定した電流・電圧から求めた電力Ｐ（ｋ−１）と今回測定した電流・電圧から求めた電力Ｐ（ｋ）とを比較する。さらに、電力を比較した後、前回測定した電圧Ｖ（ｋ−１）と今回測定した電圧Ｖ（ｋ）の大きさを比較し、電力と電圧の比較で次回の電圧の変化を４つのパターンから選択する。この一連の動作を繰り返し行うことで、電力の頂点まで動作電圧を移動させることが可能となる。

また、前記特許文献１には、最大点追従を高速に行うと共に、より正確に最大点を探索することができる太陽光発電システムが開示されている（特許文献１の図２）。この特許文献１では、高速な追従を実現するため、３点の電力を測定・保存し、３点の電力の大小関係を３つのタイプに分けることで次回のＭＰＰＴにおいて設定する電圧値を決定している（特許文献１の図５、図９、図１０）。例えば、３つの電力の対象関係が単調増加であれば、次回の探索電圧を正の電圧方向に拡大し、単調減少であれば、次回の探索電圧を負の電圧方向に電圧幅を変化させずに移動させる。これは、太陽電池の電力の電圧に対する傾きが、最大電力点電圧より小さい電圧範囲では緩やかであるため、探索幅のステップを大きくして高速な追従を可能としている。また、電力の大小関係が上に凸になると、電圧幅を１／２ずつ減少させて探索範囲を絞り込んでいく。最終的に、電力と電圧の関係が収束条件に当てはまると、探索を停止する。そして、探索停止後は電力の変化を監視し、設定された閾値を超えるか否かを判定することで、日射量や温度の変化を検知し、最大電力点の探索を再開する。

また、前記特許文献２には、太陽電池のＭＰＰＴ制御を簡単かつ高精度で行うことが可能で、電力取得の効率を向上させることができる太陽光発電システムが開示されている。この特許文献２では、太陽電池を制御する際に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータのインダクタに流れる電流をスイッチン素子により制御し、太陽電池の電流を零から短絡電流まで変化させ、電流−電圧特性を一定時間に取得する。そして、特性取得後、取得データに基づいて電力−電圧特性を計算し、最大電力が出力される電圧へ動作電圧を変化させる。このような特性取得、電圧変化を一定時間間隔で実施することにより、日射量等の変化が起こっても最大電力点を追従することが可能となる。

Ｃ．Ｌｉｕ，Ｂ．ｅｔ．ａｌ，"ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＡＬＧＯＲＩＴＨＭ ＦＯＲ ＭＰＰＴ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ ＳＹＳＴＥＭＳ"，Ｃａｎａｄｉａｎ Ｓｏｌａｒ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， ２００４ "Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ａｒｒａｙ Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ"，Ｅｓｒａｍ，Ｔ．ｅｔ．ａｌ，Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ，Ｊｕｎｅ ２００７，Ｖｏｌｕｍｅ：２２，Ｉｓｓｕｅ： ２，ＰＰ：４３９−４４９

特開２０１１−１７１３４８号公報 特許第４２９４３４６号公報

ところで、前記非特許文献１や特許文献１〜２を含む従来の太陽電池のＭＰＰＴを採用した制御装置に関して、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。

例えば、前記非特許文献１に示されたＭＰＰＴシステムでは、日射量や温度変化のない静特性に対しては、最大電力点付近を追従可能である。しかし、日射量が急激に変化した場合には、最大電力点から大きく外れた後、改めて山登りを行うために電力を大きく損失する。このため、山登りを高速なタイミングで実施し最大電力点までの到達時間を短くして、電力損失を削減することが考えられている。しかし、山登り法の高速化の効果はある一定の日射量変化のスピードにのみ有効であり、このスピードより遅い速度で日射量が変化した場合、ＭＰＰＴで指令する電圧が真の最大電力点電圧と乖離し、電力損失を新たに発生させるという課題がある。

また、前記特許文献１に示されたＭＰＰＴシステムは、山登り法の欠点である応答性の課題を解決するために提案された技術である。この特許文献１に記載されたＭＰＰＴシステムは、３点のデータを元にして、電力−電圧特性の概形を予測している。しかし、これら３点のデータをサンプリングする際に、日射量の変化に応じて電力−電圧特性が変化する可能性がある。このような場合には、本来の電力−電圧特性とは異なる電力−電圧特性を予測して、これをターゲットとした探索点の設定を行う可能性があり、これに伴い電力損失が生じることが懸念される。

また、前記特許文献２に記載されたＭＰＰＴシステムは、太陽電池の電流を零から短絡電流まで変化させて得られた特性により、最大電力が得られる動作電圧が決定される。しかし、動作電圧が決定された後、日射量の変化により電力−電圧特性が変化しても、動作電圧が一定であるため、等価的に最大電力点からずれたポイントで動作することになり、電力損失が生じることが懸念される。また、元にするデータが３点ではなく多点となっている点が前記特許文献１と異なるが、電流を零から短絡電流まで変化させる時間がＶ＝Ｌ・ｄＩ／ｄｔで制約されるため、日射量の変化が生じ、前記特許文献１と同様の電力損失が生じ得ることに変わりはない。

そこで、本発明は、以上のような従来技術の課題を検討し、これらの課題を解決するためになされたものであり、その代表的な目的は、日射量の変化に伴う電力損失をより低減した探索点の設定を可能とする太陽電池の制御装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。

（１）代表的な太陽電池の制御装置は、太陽電池の出力電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部から得られる電流値を入力として前記太陽電池の動作電力値が極値であるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、極値と判定した電圧値と電流値とを記憶する極値監視部と、前記電流検出部から得られる電流値と、前記極値と判定した際の前記太陽電池の出力電流値との比に基づいて、前記太陽電池の電圧−電力特性の極値探索を行う際の電圧幅を設定する変動幅決定部と、を有することを特徴とする。

（２）代表的な別の太陽電池の制御装置は、太陽電池の出力電流を検出する電流検出部と、日射量を検出する日射計と、前記電流検出部から得られる電流値を入力として前記太陽電池の動作電力値が極値であるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、極値と判定した電圧値と電流値と日射量とを記憶する極値監視部と、前記日射計から得られる日射量と、前記極値と判定した際の日射量との比に基づいて、前記太陽電池の電圧−電力特性の極値探索を行う際の電圧幅を設定する変動幅決定部と、を有することを特徴とする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。

すなわち、代表的な効果は、日射量の変化に伴う電力損失をより低減した探索点の設定を可能とする太陽電池の制御装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１〜８である太陽光発電システムの構成の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態１において、パワーコンディショナの構成の一例を示すブロック構成図である。 本発明の実施の形態２において、パワーコンディショナの構成の一例を示すブロック構成図である。 本発明の実施の形態３において、パワーコンディショナの構成の一例を示すブロック構成図である。 本発明の実施の形態４において、パワーコンディショナの構成の一例を示すブロック構成図である。 本発明の実施の形態５において、パワーコンディショナの構成の一例を示すブロック構成図である。 本発明の実施の形態６において、パワーコンディショナの構成の一例を示すブロック構成図である。 本発明の実施の形態７において、パワーコンディショナの構成の一例を示すブロック構成図である。 本発明の実施の形態８において、パワーコンディショナの構成の一例を示すブロック構成図である。 本発明の実施の形態１〜４において、最大点追従部、極値監視部の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１〜８において、変動幅決定部による変動幅決定の方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１〜４において、最大点追従部、極値監視部の別の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１〜８において、変動幅決定部による変動幅決定の方法の別の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態５〜８において、最大点追従部、極値監視部の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１〜８において、極値監視部による極値監視の方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１〜８において、効果を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１〜８において、効果を説明するための別のタイミングチャートである。

以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数の実施の形態またはセクションに分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

［実施の形態の概要］
まず、実施の形態の概要について説明する。本実施の形態の概要では、一例として、括弧内に各実施の形態の対応する構成要素および符号を付して説明する。

（１）実施の形態の代表的な太陽電池の制御装置（パワーコンディショナ２）は、太陽電池の出力電流を検出する電流検出部（電流センサ１１）と、前記電流検出部から得られる電流値を入力として前記太陽電池の動作電力値が極値であるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、極値と判定した電圧値と電流値とを記憶する極値監視部（極値監視部６，１２）と、前記電流検出部から得られる電流値と、前記極値と判定した際の前記太陽電池の出力電流値との比に基づいて、前記太陽電池の電圧−電力特性の極値探索を行う際の電圧幅を設定する変動幅決定部（変動幅決定部１７ａ，１８ａ，１９ａ，２０ａ）と、を有することを特徴とする。

（２）実施の形態の代表的な別の太陽電池の制御装置（パワーコンディショナ２）は、太陽電池の出力電流を検出する電流検出部（電流センサ１１）と、日射量を検出する日射計（日射計１５）と、前記電流検出部から得られる電流値を入力として前記太陽電池の動作電力値が極値であるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、極値と判定した電圧値と電流値と日射量とを記憶する極値監視部（極値監視部６，１２）と、前記日射計から得られる日射量と、前記極値と判定した際の日射量との比に基づいて、前記太陽電池の電圧−電力特性の極値探索を行う際の電圧幅を設定する変動幅決定部（変動幅決定部１７ａ，１８ａ，１９ａ，２０ａ）と、を有することを特徴とする。

以下、上述した実施の形態の概要に基づいた各実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

［実施の形態１］
実施の形態１の太陽電池の制御装置を含む太陽光発電システムについて、図１、図２、図１０〜図１３、図１５〜図１７を用いて説明する。

本実施の形態においては、電流センサの計測データを用いて最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）を実施し、ＤＣ／ＡＣインバータにより太陽電池アレイから出力電力を取り出すシステムについて説明する。

＜太陽光発電システムの構成＞
図１を用いて、本実施の形態の太陽光発電システムの構成について説明する。図１は、この太陽光発電システムの構成の一例を示す概略構成図である。

太陽光発電システムは、太陽電池アレイ１と、この太陽電池アレイ１に接続されたパワーコンディショナ（ＰＣＳ）２と、このパワーコンディショナ２に接続された電力系統３とから構成される。

太陽電池アレイ１は、複数の太陽電池パネルが直並列に接続された単位からなる太陽電池である。パワーコンディショナ２は、太陽電池アレイ１から発電電力を取り出し、直流電力を交流電力に変換して電力系統３に出力する制御装置である。電力系統３は、一般の電力系統ラインであり、例えば交流電圧２００Ｖまたは４００Ｖ、周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚのラインである。

＜パワーコンディショナの構成と動作概要＞
図２を用いて、図１に示したパワーコンディショナ２の構成について説明する。図２は、このパワーコンディショナ２の構成の一例を示すブロック構成図である。

パワーコンディショナ２は、電圧センサ４と、ＤＣ／ＡＣインバータ５と、極値監視部（１）６と、電流平均化部７と、２点データ記憶部８と、ＡＶＲ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）制御部９と、電流センサ１１と、最大点追従部（１）１７とから構成される。

電圧センサ４は、入力側が太陽電池アレイ１に接続され、出力側がＡＶＲ制御部９に接続されている。この電圧センサ４は、太陽電池アレイ１から出力される発電電力の電圧を検出し、この検出された電圧値をＡＶＲ制御部９に出力するための検出器である。

ＤＣ／ＡＣインバータ５は、入力側が太陽電池アレイ１に接続され、出力側が電力系統３に接続され、ＡＶＲ制御部９からのＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）指令により制御される。このＤＣ／ＡＣインバータ５は、太陽電池アレイ１から出力される発電電力の直流電圧を交流電圧に変換して、電力系統３に供給するための変換器である。

極値監視部（１）６は、入力側が２点データ記憶部８に接続され、出力側が最大点追従部１７に接続されている。この極値監視部（１）６は、電流センサ１１から得られる電流値を入力として、太陽電池アレイ１の動作電力値が極値であるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、極値と判定した電圧値と電流値とを記憶するための機能部である。

電流平均化部７は、入力側が電流センサ１１に接続され、出力側が２点データ記憶部８と最大点追従部１７とに接続されている。この電流平均化部７は、電流センサ１１で検出された電流（太陽電池アレイ１から出力される発電電力の電流）を平均化して、２点データ記憶部８と最大点追従部１７に出力するための機能部である。

２点データ記憶部８は、入力側が電流平均化部７とＡＶＲ制御部９と最大点追従部１７とに接続され、出力側が極値監視部（１）６に接続されている。この２点データ記憶部８は、今回のＭＰＰＴ制御時の電圧指令値および電力値と、前回の最大電力点制御時の電圧指令値および電力値とを２点データ８ａとして記憶するための記憶部である。

ＡＶＲ制御部９は、入力側が電圧センサ４と２点データ記憶部８と最大点追従部１７とに接続され、出力側がＤＣ／ＡＣインバータ５に接続されている。このＡＶＲ制御部９は、電圧センサ４のデータと最大点追従部（１）１７から出力された電圧指令値とをもとにＰＷＭ指令を生成して、ＤＣ／ＡＣインバータ５に出力するための制御部である。

電流センサ１１は、入力側が太陽電池アレイ１に接続され、出力側が電流平均化部７に接続されている。この電流センサ１１は、太陽電池アレイ１から出力される発電電力の電流を検出して、電流平均化部７に出力するための検出器である。

最大点追従部（１）１７は、入力側が極値監視部（１）６と電流平均化部７とに接続され、出力側が２点データ記憶部８とＡＶＲ制御部９とに接続されている。この最大点追従部（１）１７は、最大電力点の探索を行うための変動幅を設定して、２点データ記憶部８とＡＶＲ制御部９とに電圧指令値を出力するための機能部である。この最大点追従部（１）１７には、変動幅決定部１７ａが内蔵されている。変動幅決定部１７ａは、電流センサ１１から得られる電流値と、極値と判定した際の太陽電池アレイ１の出力電流値との比に基づいて、太陽電池アレイ１の電圧−電力特性の極値探索を行う際の電圧幅を設定するための機能部である。

以上のパワーコンディショナ２の構成において、電圧センサ４、ＤＣ／ＡＣインバータ５、ＡＶＲ制御部９、電流センサ１１はハードウェアで構成される。その他の、極値監視部（１）６、電流平均化部７、最大点追従部（１）１７は、パワーコンディショナ２内のマイコン内に記憶されたソフトウェアで構成され、２点データ記憶部８はマイコン内の記憶領域に割り当てられて構成される。

このパワーコンディショナ２の動作概要は、以下の通りである。電流センサ１１から出力されたデータは電流平均化部７へ入力される。電流平均化部７から出力されたデータは２点データ記憶部８と最大点追従部（１）１７へ入力される。最大点追従部（１）１７では、最大電力点の探索を行うための変動幅を設定し、電圧指令値をＡＶＲ制御部９と２点データ記憶部８へ出力する。また、最大点追従部（１）１７では、ＴＹＰ（２点の電力の変化パターンを示すタイプ）を２点データ記憶部８へ出力する。電圧センサ４の出力はＡＶＲ制御部９へ入力される。

２点データ記憶部８で記憶された今回と前回のＭＰＰＴ制御時の電圧指令値および電力値を極値監視部（１）６へ出力し、極値監視部（１）６の判定結果は最大点追従部（１）１７へ入力される。ＡＶＲ制御部９では、電圧センサ４のデータと最大点追従部（１）１７から出力された電圧指令値をもとにＰＷＭ指令を生成し、この生成されたＰＷＭ指令がＤＣ／ＡＣインバータ５へ出力される。

＜パワーコンディショナの詳細動作＞
前述した図２を参照しながら、図１０、図１１、図１２、図１３、図１５を用いて、図２に示したパワーコンディショナ２の各部の詳細動作について説明する。

《２点データ記憶部の詳細動作》
まず、図２に示した２点データ記憶部８の動作について、詳細に説明する。２点データ記憶部８では、今回のＭＰＰＴ制御時の電圧指令値と電力値または電流値、および前回のＭＰＰＴ制御時の電圧指令値と電力値または電流値を２点データ８ａとして保存する。電力値は、電流平均化部７からのデータに対応する電圧指令値を乗算することで電力値として記憶する。また、電圧指令値の代わりに、電圧センサ４のデータを用いて電力値を算出することも可能である。

《最大点追従部、極値監視部の詳細動作》
続いて、図２に示した最大点追従部（１）１７、極値監視部（１）６の動作について、図１０を用いて詳細に説明する。図１０は、この最大点追従部（１）１７、極値監視部（１）６の動作の一例を示すフローチャートである。

最大点追従部（１）１７においてＭＰＰＴが開始すると（ステップＳ１０１）、まず、極値監視部（１）６で極値監視を行う（ステップＳ１０２）。この極値監視部（１）６による極値監視の方法については、図１５を用いて後述する。次に、極値監視部（１）６による極値監視の結果に基づいて、変動幅決定部１７ａで変動幅を決定する（ステップＳ１０３）。この変動幅決定部１７ａによる変動幅決定の方法については、図１１および図１３を用いて後述する。

さらに、変動幅決定部１７ａで変動幅が決定された後、ＭＰＰＴが行われる（ステップＳ１０４）。このＭＰＰＴは、例えば、山登り法に代表される１変数探索手法を用いるが、他の方法を用いても良い。変動幅決定部１７ａで決定された変動幅が０より大きい場合には、ＭＰＰＴで用いる探索幅を用いずに、最大電力点電圧に変動幅を加算することで電圧指令値を設定する。

そして、ＭＰＰＴの実行後は、電圧をＡＶＲ制御部９に対して設定（指令）し（ステップＳ１０５）、制御回路の応答時間を待機した後に（ステップＳ１０６）、指令電圧に対する電力を測定する（ステップＳ１０７）。

以上のステップＳ１０２〜Ｓ１０７の流れを１周期として、これを繰り返して最大電力点追従を実行する。

この図１０に示した最大点追従部（１）１７による最大電力点追従のフローは、図１２のように、ＭＰＰＴと変更幅決定を並列に実行することも可能である。図１２は、最大点追従部（１）１７、極値監視部（１）６の別の動作の一例を示すフローチャートである。

すなわち、ＭＰＰＴを開始して（ステップＳ３０１）、極値監視（ステップＳ３０２）を行った後に、ＭＰＰＴ（ステップＳ３０３）と変更幅決定（ステップＳ３０４）を並列に実行し、その後、電圧設定（ステップＳ３０５）、応答時間待機（ステップＳ３０６）、電力測定（ステップＳ３０７）を行う。以上のステップＳ３０２〜Ｓ３０７の流れを繰り返して最大電力点追従を実行する。

《極値監視部による極値監視の方法》
続いて、図１０および図１２に示した極値監視部（１）６による極値監視（ステップＳ１０２，Ｓ３０２）の方法について、図１５を用いて詳細に説明する。図１５は、この極値監視部（１）６による極値監視（ステップＳ１０２，Ｓ３０２）の方法の一例を示すフローチャートである。

まず、極値監視部（１）６による極値監視の結果、極値である場合には、今回のＭＰＰＴ制御時の電圧指令値をＶ_１、電力値をＰ_１とし、前回のＭＰＰＴ制御時の電圧指令値をＶ_２、電力値をＰ_２とすると、Ｖ_１とＶ_２の電圧差の極限値が０の場合、最大電力点では式（１）の関係が成り立つ。

極値監視部（１）６では、上記の式（１）の関係を利用するため、まず、電圧差、電力差に対して閾値（Ｖｔｈ，Ｐｔｈ）を設定する（ステップＳ６０１）。ＭＰＰＴの実装にはマイコンを利用するため、ゲート数を極力少なくする必要があり、除算は使用しない方が良い。そのため、電力差、電圧差それぞれに閾値を設け、電圧差が閾値Ｖｔｈより小さいか否かを判定し（ステップＳ６０２）、さらに、電力差の絶対値が閾値Ｐｔｈより小さいか否かを判定して（ステップＳ６０３）、極値の判定を行う。

この判定の結果、電圧差と電力差の判定条件が両方とも成立したときのみ（ステップＳ６０２−ＹＥＳ、ステップＳ６０３−ＹＥＳ）、極値と判定し、最大電力点電流（極値電流）Ｉｍ、最大電力点電圧（極値電圧）Ｖｍを保持する（ステップＳ６０４，Ｓ６０５）。ここで、電力差の閾値Ｐｔｈについては定数で指定する他、測定された電力値および電流値に応じて可変させることも可能である。

太陽電池の電圧−電力特性においては、日射量が大きい場合には、大きな電力差を閾値に用いた場合でも極値を正確に判定することができる。しかし、日射量が小さい場合に、日射量が大きい場合の閾値を用いると、正確に極値を見つけることができない。このため、電力差の閾値を、測定される電力量および電流量が小さくなるほど、小さく設定することで、より正確に極値の判定、監視を行うことが可能となる。

次に、保持した最大電力点電流を用いて、日射量が変動した際の変動幅の決定を行う。日射量が変動した際にＭＰＰＴの効率を向上させるには、日射量の変動に同期した変動幅を設定する必要がある。

そこで、本実施の形態においては、極値と判定した際の最大電力点電流Ｉｍと、定期的に測定される現在の電流値Ｉ１より、日射量変化後の変動幅（ΔＶｉｎｉｔ）を決定する。以下、この変動幅（ΔＶｉｎｉｔ）の算出方法の詳細を説明する。

ΔＶｉｎｉｔは、前述したとおり、日射量変動に同期させる必要があるため、太陽電池特性の式から日射量と最大電力点の変化量（ΔＶｄｉｆｆ）の関係を導出する。式（２）は、太陽電池の特性式である。

式（２）において、Ｉは太陽電池の出力電流、Ｖは太陽電池の出力電圧、Ｉｓｃは短絡電流、ｐは日射量、Ｉｓは太陽電池セルの逆方向飽和電流、ｎｆはダイオード接合定数、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、Ｎｃｅｌｌはセル数、ｑは素荷量、Ｒｓは太陽電池セル同士を接続する配線などの直列抵抗値、Ｒｓｈは太陽電池セルのシャント抵抗値を表す。抵抗値をここで、Ｒｓ≒０、Ｒｓｈ≒∞として電圧の式として変換すると、式（３）となる。

ここで、日射量がｐ１からｐ２へ変化した場合の最大電力点電圧の電圧差ΔＶｄｉｆｆを求めると、式（４）となる。

ここで、前記非特許文献２［”Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ａｒｒａｙ Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”，Ｅｓｒａｍ，Ｔ．ｅｔ．ａｌ，Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ，Ｊｕｎｅ ２００７，Ｖｏｌｕｍｅ：２２，Ｉｓｓｕｅ： ２，ＰＰ：４３９−４４９］で示されている短絡電流Ｉｓｃと動作電流Ｉｏｐの関係（式（５））を用いると、式（４）は式（６）に変更できる。

つまり、式（６）より、日射量変化が発生した際のΔＶｄｉｆｆは日射量の比から導出できることが分かる。ここで、本実施の形態においては、日射計を入力としないため、電流による置き換えを考える。式（４）において、Ｉｏｐ１を極値電圧での電流値Ｉｍ、Ｉｏｐ２を現在の電流値Ｉ１として、ΔＶｄｉｆｆ＝０となる場合、以下のような式展開（式（７）、式（８）、式（９））ができる。

式（５）の関係を使用すると、式（９）は式（１０）となり、式（６）は式（１１）のように書き換えることができる。

このように、日射量変化が発生した際の最大電力点電圧の電圧差ΔＶｄｉｆｆは、電流センサのデータ、極値と判定した際の最大電力点電流Ｉｍと、定期的に測定される現在の電流値Ｉ１の比から算出することができる。また、電流値を電力値として置き換えることも可能である。

《変動幅決定部による変動幅決定の方法》
続いて、図１０および図１２に示した変動幅決定部１７ａによる変動幅決定（ステップＳ１０３，Ｓ３０４）の方法について、図１１を用いて詳細に説明する。図１１は、この変動幅決定部１７ａによる変動幅決定（ステップＳ１０３，Ｓ３０４）の方法の一例を示すフローチャートである。

変動幅決定部１７ａでは、式（１１）を用いて、極値と判定した際の最大電力点電流Ｉｍと、定期的に測定される現在の電流値Ｉ１より、日射量変化後の変動幅ΔＶｉｎｉｔを算出する。まず、現在の電流値Ｉ１を測定し（ステップＳ２０１）、この測定した電流値Ｉ１と、極値と判定した際の最大電力点電流Ｉｍとから電流比（Ｉ１／Ｉｍ）を算出する（ステップＳ２０２）。そして、算出した電流比を対数演算し、定数を乗算することで変動幅（＝定数×ｌｎ（電流比））を算出する（ステップＳ２０３）。この変動幅を新たな探索幅として利用する。

続いて、図１１に示した方法とは別の変動幅決定部１７ａによる変動幅決定（ステップＳ１０３，Ｓ３０４）の方法について、図１３を用いて詳細に説明する。図１３は、この変動幅決定部１７ａによる変動幅決定（ステップＳ１０３，Ｓ３０４）の方法の別の一例を示すフローチャートである。

図１３は、変動幅決定部１７ａによる変動幅決定のもう一つの実現方法である。図１３では、まず、現在の電流値Ｉ１を測定し（ステップＳ４０１）、さらに、電流比と大小関係の比較を行うための閾値Ｉｔｈを設定する（ステップＳ４０２）。この閾値は、変動幅を決めるための条件分岐で使用する。

閾値を決定後、測定した電流値Ｉ１と、極値と判定した際の最大電力点電流Ｉｍとから電流比を算出し（ステップＳ４０３）、電圧の移動方向を決めるための信号Ｓｉｇｎを１または−１で設定する（ステップＳ４０４）。Ｓｉｇｎ＝１の場合は、電流が増加した場合、Ｓｉｇｎ＝−１の場合は電流が減少した場合を示す。

上記のＳｉｇｎのパラメータの設定後、電流比と閾値Ｉｔｈの比較を実施し、電流比が閾値より大きな値であれば、閾値Ｉｔｈをべき乗し、新たに電流比と比較を行う。条件が満たされたべき乗数の数に従い、変動幅の基準幅を整数倍して、変動幅を決定する。

例えば、ステップＳ４０５において、電流比が閾値Ｉｔｈより小さいか否かを判定し、小さい場合（ＹＥＳ）は変動幅を０とする（ステップＳ４０６）。一方、ステップＳ４０５の判定の結果、電流比が閾値Ｉｔｈより小さくない場合（ＮＯ）には、ステップＳ４０７に進む。

さらに、ステップＳ４０７において、電流比が閾値Ｉｔｈの２乗（Ｉｔｈ^２）より小さいか否かを判定し、小さい場合（ＹＥＳ）は変動幅をＳｉｇｎ×基準幅とする（ステップＳ４０８）。一方、ステップＳ４０７の判定の結果、電流比が閾値Ｉｔｈの２乗（Ｉｔｈ^２）より小さくない場合（ＮＯ）には、ステップＳ４０９に進む。

以降同様にして、電流比＜Ｉｔｈ^３の判定（ステップＳ４０９）、変動幅＝Ｓｉｇｎ×２×基準幅の決定（ステップＳ４１０）、電流比＜Ｉｔｈ^４の判定（ステップＳ４１１）、変動幅＝Ｓｉｇｎ×３×基準幅の決定（ステップＳ４１２）、電流比＜Ｉｔｈ^５の判定（ステップＳ４１３）、変動幅＝Ｓｉｇｎ×４×基準幅の決定（ステップＳ４１４）を順に行い、ステップＳ４１３の判定の結果、電流比＜Ｉｔｈ^５でない場合（ＮＯ）にはステップＳ４１５に進む。

そして、ステップＳ４１５において、電流比が閾値Ｉｔｈの６乗（Ｉｔｈ^６）より小さいか否かを判定し、小さい場合（ＹＥＳ）は変動幅をＳｉｇｎ×５×基準幅とし（ステップＳ４１６）、一方、小さくない場合（ＮＯ）には変動幅をＳｉｇｎ×６×基準幅とする（ステップＳ４１７）。

以上のようにして、変動幅が決定される。その後は、前述したように、図１０および図１２に示したＭＰＰＴ（ステップＳ１０４，Ｓ３０３）が行われる。そして、ＭＰＰＴの実行後は、電圧設定、応答時間待機、電力測定が行われる。

＜本実施の形態の効果＞
以上説明した本実施の形態による効果を、図１６、図１７を用いて説明する。 図１６、図１７は、ＭＰＰＴに山登り法を実装した場合の効果を説明するためのタイミングチャートであり、それぞれ、図１６は日射量が急激に減少した場合の制御結果、図１７は日射量が急激に増加した場合の制御結果を示す。図１６、図１７において、上側に時間に対する電圧の変化を示すタイミングチャート、下側に時間に対する電流の変化を示すタイミングチャートをそれぞれ示し、実線は本実施の形態、破線は従来方式をそれぞれ表す。

図１６、図１７において、ＭＰＰＴ開始時には、初期値として設定された電圧から一定の探索幅で極値の探索を行う。図中の▼印の時間で、極値監視の条件が成立して極値と判定される。その後、▽印の時間で、日射量が変化（図１６は減少、図１７は増加）すると、本実施の形態では電流の変化（電流比（Ｉ１／Ｉｍ））を極値監視により検知し、日射量変化後の次の探索周期で変動幅が設定される。

本実施の形態（実線表示）では、急速に最大電力点に向けて電圧が移動しているが、従来方式（破線表示）においては、本実施の形態から５周期以上遅れて日射量変化後の最大電力点に到達していることが分かる。以上より、本実施の形態を用いることで、太陽光発電における発電効率を向上できることが分かる。

以上のように、本実施の形態によれば、パワーコンディショナ２において、電流センサ１１と、極値監視部（１）６と、変動幅決定部１７ａを内蔵した最大点追従部（１）１７などを有することで、日射量の変化に伴う電力損失をより低減した探索点の設定を可能とすることができる。さらに、日射量の変化に同期して最大電力点を探索するための変動幅を決定することができるため、日射量の変化の大きさに関わらず、最大電力点を正確に追従可能なＭＰＰＴを実現することができる。

より詳細には、以下のような効果を得ることができる。

（１）極値監視部（１）６は、電流センサ１１から得られる電流値を入力として太陽電池アレイ１の動作電力値が極値であるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、極値と判定した電圧値と電流値とを記憶する。そして、変動幅決定部１７ａは、電流センサ１１から得られる電流値と、極値と判定した際の太陽電池アレイ１の出力電流値との比に基づいて、太陽電池アレイ１の電圧−電力特性の極値探索を行う際の電圧幅を設定する。これにより、日射量に同期して、日射量が変化する場合も変化しない場合も、効率良くＭＰＰＴを実現することができる。

（２）極値監視部（１）６は、電流センサ１１から得られる電流値に基づいて、極値の判定条件を可変することができる。

（３）極値監視部（１）６は、電流センサ１１から得られる電流値と、この電流値を計測した際の電圧指令値とを用いて、電流値と電圧指令値とを乗算することで太陽電池アレイ１の出力電力値を算出し、今回のＭＰＰＴ制御時の出力電力値から前回のＭＰＰＴ制御時の出力電力値の差分が規定値より小さく、今回のＭＰＰＴ制御時の電圧指令値から前回のＭＰＰＴ制御時の電圧指令値の差分が規定値より小さい場合には、極値と判定することができる。

（４）変動幅決定部１７ａは、電流センサ１１から得られる電流値と、極値と判定した際の太陽電池アレイ１の出力電流値との比の対数演算結果に比例した値を、太陽電池アレイ１の電圧−電流特性の極値を探索する電圧幅として設定することができる。

（５）変動幅決定部１７ａは、電流センサ１１から得られる電流値と、極値と判定した際の太陽電池アレイ１の出力電流値との比を基準となる電流比のべき乗と比較し、この比較結果に基づいて、基準となる電圧幅を整数倍して、太陽電池アレイ１の電圧−電流特性の極値を探索する電圧幅を設定することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２の太陽電池の制御装置を含む太陽光発電システムについて、図１、図３、図１０〜図１３、図１５〜図１７を用いて説明する。

本実施の形態においては、電流センサの計測データを用いて最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）を実施し、ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣインバータにより太陽電池アレイから出力電力を取り出すシステムについて説明する。

なお、前述した実施の形態１と同様の図、記号、ブロックや接続に関しては同一の動作を行うので説明を省略し、本実施の形態２においては、追加、変更した部分について詳細に説明を行う。

本実施の形態において、太陽光発電システムのブロック図は前記実施の形態１の図１と同様である。図３は、本実施の形態において、図１に示したパワーコンディショナ２の構成の一例を示すブロック構成図である。

図３に示すパワーコンディショナ２では、太陽電池アレイ１に対してＤＣ／ＤＣコンバータ１０が接続され、このＤＣ／ＤＣコンバータ１０のスイッチング素子の通流率を制御することで、太陽電池の出力電力を取り出す。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０により得られた直流電力は、ＤＣ／ＡＣインバータ５によって交流電力へ変換され、電力系統３へ接続される。

なお、図３に示す各部の詳細に関して、最大点追従部（１）１７、極値監視部（１）６の動作に関するフローチャートは図１０、図１２に示したフローチャートと同様であり、また、変動幅決定部１７ａによる変動幅決定の方法は図１１、図１３に示したフローチャートと同様であり、また、極値監視部（１）６による極値監視の方法は図１５に示したフローチャートと同様である。

そして、本実施の形態の効果は、前述した図１６、図１７と同様のタイミングチャートとなり、よって、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、前記実施の形態１と異なる効果として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を有することで、このＤＣ／ＤＣコンバータ１０のスイッチング素子の通流率を制御することができるので、太陽電池アレイ１の出力電力を制御して電力系統３へ供給することができる。

［実施の形態３］
実施の形態３の太陽電池の制御装置を含む太陽光発電システムについて、図１、図４、図１０〜図１３、図１５〜図１７を用いて説明する。

本実施の形態においては、電流センサと日射計の計測データを用いて最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）を実施し、ＤＣ／ＡＣインバータにより太陽電池アレイから出力電力を取り出すシステムについて説明する。

なお、前述した実施の形態１，２と同様の図、記号、ブロックや接続に関しては同一の動作を行うので説明を省略し、本実施の形態においては、追加、変更した部分について詳細に説明を行う。

本実施の形態において、太陽光発電システムのブロック図は前記実施の形態１の図１と同様である。図４は、本実施の形態において、図１に示したパワーコンディショナ２の構成の一例を示すブロック構成図である。

図４に示すパワーコンディショナ２では、最大点追従部（２）１８にバッファ１４を介して日射計１５が接続され、この日射計１５で取得した日射量がバッファ１４を介して最大点追従部（２）１８に入力される。そして、日射量も含めて、最大点追従部（２）１８による動作が行われる。

なお、図４に示す各部の詳細に関して、最大点追従部（２）１８、極値監視部（１）６の動作に関するフローチャートは図１０、図１２に示したフローチャートと同様であり、また、変動幅決定部１８ａによる変動幅決定の方法は図１１、図１３に示したフローチャートと同様であり、また、極値監視部（１）６による極値監視の方法は図１５に示したフローチャートと同様である。

但し、図１１、図１３では、電流比を用いた変動幅の決定を行っているが、日射量がｐ１からｐ２に変化した場合、式（１２）に示す関係が成り立つため、電流比を日射量比として扱うことも可能である。本実施の形態においては、電流比を日射量比として変動量の計算を行う。

そして、本実施の形態の効果は、前述した図１６、図１７と同様のタイミングチャートとなり、よって、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、前記実施の形態１と異なる効果として、日射計１５を有することで、以下のような効果を得ることができる。

（１）極値監視部（１）６は、電流センサ１１から得られる電流値を入力として太陽電池アレイ１の動作電力値が極値であるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、極値と判定した電圧値と電流値と日射量とを記憶する。そして、変動幅決定部１８ａは、日射計１５から得られる日射量と、極値と判定した際の日射量との比に基づいて、太陽電池アレイ１の電圧−電力特性の極値探索を行う際の電圧幅を設定する。これにより、日射量に同期して、日射量が変化する場合も変化しない場合も、効率良くＭＰＰＴを実現することができる。

（２）極値監視部（１）６は、電流センサ１１から得られる電流値に基づいて、極値の判定条件を可変することができる。

（３）極値監視部（１）６は、電流センサ１１から得られる電流値と、この電流値を計測した際の電圧指令値とを用いて、電流値と電圧指令値とを乗算することで太陽電池アレイ１の出力電力値を算出し、今回のＭＰＰＴ制御時の出力電力値から前回のＭＰＰＴ制御時の出力電力値の差分が規定値より小さく、今回のＭＰＰＴ制御時の電圧指令値から前回のＭＰＰＴ制御時の電圧指令値の差分が規定値より小さい場合には、極値と判定することができる。

（４）変動幅決定部１８ａは、日射計１５から得られる日射量と、極値と判定した際の日射計１５の日射量との比の対数演算結果に比例した値を、太陽電池アレイ１の電圧−電流特性の極値を探索する電圧幅として設定することができる。

（５）変動幅決定部１８ａは、日射計１５から得られる日射量と、極値と判定した際の日射計１５から得られる日射量との比を基準となる日射量比のべき乗と比較し、この比較結果に基づいて、基準となる電圧幅を整数倍して、太陽電池アレイ１の電圧−電流特性の極値を探索する電圧幅を設定することができる。

［実施の形態４］
実施の形態４の太陽電池の制御装置を含む太陽光発電システムについて、図１、図５、図１０〜図１３、図１５〜図１７を用いて説明する。

本実施の形態においては、電流センサと日射計の計測データを用いて最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）を実施し、ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣインバータにより太陽電池アレイから出力電力を取り出すシステムについて説明する。

なお、前述した実施の形態１〜３と同様の図、記号、ブロックや接続に関しては同一の動作を行うので説明を省略し、本実施の形態４においては、追加、変更した部分について詳細に説明を行う。

本実施の形態において、太陽光発電システムのブロック図は前記実施の形態１の図１と同様である。図５は、本実施の形態において、図１に示したパワーコンディショナ２の構成の一例を示すブロック構成図である。

図５に示すパワーコンディショナ２では、太陽電池アレイ１に対してＤＣ／ＤＣコンバータ１０が接続され、このＤＣ／ＤＣコンバータ１０のスイッチング素子の通流率を制御することで、太陽電池の出力電力を取り出す。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０により得られた直流電力は、ＤＣ／ＡＣインバータ５によって交流電力へ変換され、電力系統３へ接続される。

なお、図５に示す各部の詳細に関して、最大点追従部（２）１８に関するフローチャートは図１０、図１２に示したフローチャートと同様であり、また、変動幅決定部１８ａに関するフローチャートは図１１、図１３に示したフローチャートと同様であり、また、極値監視部（１）６による極値監視の方法は図１５に示したフローチャートと同様である。

但し、図１１、図１３では電流比を用いた変動の決定を行っているが、日射量がｐ１からｐ２に変化した場合、式（１２）に示した関係が成り立つため、電流比を日射量比として扱うことも可能である。本実施の形態においては、電流比を日射量比として変動量の計算を行う。

そして、本実施の形態の効果は、前述した図１６、図１７と同様のタイミングチャートとなり、よって、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、前記実施の形態１と異なる効果として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を有することで、前記実施の形態２と同様の効果を得ることができ、また、日射計１５を有することで、前記実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

［実施の形態５］
実施の形態５の太陽電池の制御装置を含む太陽光発電システムについて、図１、図６、図１１、図１３〜図１７を用いて説明する。

本実施の形態においては、電流センサの計測データを用いて最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）を実施し、ＤＣ／ＡＣインバータにより太陽電池アレイから出力電力を取り出すシステムについて説明する。

なお、前述した実施の形態１〜４と同様の図、記号、ブロックや接続に関しては同一の動作を行うので説明を省略し、本実施の形態１においては、追加、変更した部分について詳細に説明を行う。

＜パワーコンディショナの構成と動作概要＞
本実施の形態において、太陽光発電システムのブロック図は前記実施の形態１の図１と同様である。図６は、本実施の形態において、図１に示したパワーコンディショナ２の構成の一例を示すブロック構成図である。

図６に示すパワーコンディショナ２は、電圧センサ４と、ＤＣ／ＡＣインバータ５と、極値監視部（２）１２と、電流平均化部７と、３点データ記憶部１６と、ＡＶＲ制御部９と、電流センサ１１と、最大点追従部（３）１９と、初期化部１３とから構成される。

このパワーコンディショナ２の構成において、電圧センサ４、ＤＣ／ＡＣインバータ５、ＡＶＲ制御部９、電流センサ１１はハードウェアで構成される。その他の、極値監視部（２）１２、電流平均化部７、最大点追従部（３）１９、初期化部１３は、パワーコンディショナ２内のマイコン内に記憶されたソフトウェアで構成され、３点データ記憶部１６はマイコン内の記憶領域に割り当てられて構成される。

このパワーコンディショナ２の動作概要は、以下の通りである。電流センサ１１から出力されたデータは電流平均化部７へ入力される。電流平均化部７から出力されたデータは３点データ記憶部１６と初期化部１３、最大点追従部（３）１９へ入力される。最大点追従部（３）１９では、最大電力点の探索を行うための変動幅を設定し、電圧指令値をＡＶＲ制御部９と３点データ記憶部１６へ出力する。また、最大点追従部（３）１９では、ＴＹＰ（３点の電力の変化パターンを示すタイプ）を３点データ記憶部１６へ出力する。電圧センサ４の出力はＡＶＲ制御部９へ入力される。

３点データ記憶部１６で記憶された今回と前回と前々回のＭＰＰＴ制御時の電圧指令値および電力値を極値監視部（２）１２へ出力し、極値監視部（２）１２の判定結果は最大点追従部（３）１９と初期化部１３へ入力される。初期化部１３では、予め設定された初期値に基づいて初期化を行い、最大点追従部（３）１９へ出力する。ＡＶＲ制御部９では、電圧センサ４のデータと最大点追従部（３）１９から出力された電圧指令値をもとにＰＷＭ指令を生成し、この生成されたＰＷＭ指令がＤＣ／ＡＣインバータ５へ出力される。

＜パワーコンディショナの詳細動作＞
図６に示したパワーコンディショナ２の各部の詳細動作について説明する。

まず、図６に示した電流平均化部７では、電流センサ１１から計測した複数のデータを平均値として出力することで、測定誤差を減らし、制御の精度向上を可能とする。３点データ記憶部１６では、今回、前回、前々回のＭＰＰＴ制御を実施した際の電圧指令値、電力値を記憶する。電力値は、電流平均化部７からのデータに対応する電圧指令値を乗算することで電力値として記憶を行う。また、電力値の計算において、電圧指令値の代わりに電圧センサ４のデータを用いることも可能である。

続いて、図６に示した最大点追従部（３）１９、極値監視部（２）１２の動作について、図１４を用いて詳細に説明する。図１４は、この最大点追従部（３）１９、極値監視部（２）１２の動作の一例を示すフローチャートである。

最大点追従部（３）１９においてＭＰＰＴが開始すると（ステップＳ５０１）、最大点追従部（３）１９では、太陽電池アレイ１の最大電力点でパワーコンディショナ２が動作するための制御を行う。

まず、パワーコンディショナ２が起動した際には、フラグＦｌａｇが０となる（ステップＳ５０２）。このフラグＦｌａｇは、初期化または極値監視を判断するためのフラグである。次に、Ｆｌａｇが０か１かの判定が行われ（ステップＳ５０３）、この判定の結果、Ｆｌａｇが０であるので、予め設定された初期値に基づいて初期化される（ステップＳ５０４）。そして、Ｆｌａｇ＝１とした後に（ステップＳ５０５）、電圧が設定（指令）され（ステップＳ５１１）、応答時間待機後に（ステップＳ５１２）、３点の電流が測定される。この後、電圧指令値を、測定された電流に乗算することで電力値が算出される（ステップＳ５１３）。

電流の測定後、極値監視部（２）１２は、図１５に示したフローチャートに従って極値を判定する。また、３点の電力値のうち、中間の電圧の電力値が、最小の電圧（最も低い電圧）、最大の電圧（最も高い電圧）の電力値より大きい場合には極値と判定することも可能である。

ステップＳ５０３の判定の結果、Ｆｌａｇが１の場合は、極値監視部（２）１２による極値監視が行われる（ステップＳ５０６）。この監視の結果、極値監視部（２）１２により極値と判定された場合には、３点データ記憶部１６で記憶されているいずれかの電圧と、この電圧に対応する電流値を最大電力点電流（極値電流）Ｉｍ、最大電力点電圧（極値電圧）Ｖｍとして保持する。

極値監視後には、ＭＰＰＴ（３点比較ＭＰＰＴ）と変動幅の決定が同時に行われ（ステップＳ５０７，Ｓ５０９）、電圧指令値が決定される。ＭＰＰＴについては、例えば、３点による山登り法などの１変数探索手法を用いるが、他の方法を用いても良い。

ステップＳ５０７のＭＰＰＴ（３点比較ＭＰＰＴ）の実行後は、Ｆｌａｇ＝１とした後に（ステップＳ５０８）、電圧設定（ステップＳ５１１）、応答時間待機（ステップＳ５１２）、電力測定（ステップＳ５１３）が行われる。

ステップＳ５０９の変動幅決定において、変動ありの場合は、Ｆｌａｇ＝０とした後に（ステップＳ５１０）、電圧設定（ステップＳ５１１）、応答時間待機（ステップＳ５１２）、電力測定（ステップＳ５１３）が行われる。一方、ステップＳ５０９の変動幅決定において、変動なしの場合は、電圧設定（ステップＳ５１１）、応答時間待機（ステップＳ５１２）、電力測定（ステップＳ５１３）が行われる。

以上のステップＳ５０３〜Ｓ５１３の流れを繰り返して、最大電力点追従を実行する。

また、極値監視部（２）１２で、電流を監視することにより日射量の変動を検知した場合には、例えば、電流の変動が閾値１以上（例えば±３０％）にあった場合に、初期化のフローへ移行する。初期化の際の３点電圧は、極値として記憶した電圧から変動幅を加算した電圧を最低電圧とし、残りの２点を探索幅（例えば５．０Ｖ）分加算し、３点電圧を設定する。

続いて、変動幅決定部１９ａによる変動幅決定の方法は、図１１、図１３に示したフローチャートと同様である。

＜本実施の形態の効果＞
以上説明した本実施の形態による効果は、前述した図１６、図１７と同様のタイミングチャートとなる。よって、本実施の形態によれば、パワーコンディショナ２において、電流センサ１１と、極値監視部（１）６と、変動幅決定部１７ａを内蔵した最大点追従部（１）１７などを有することで、前記実施の形態１と同様に、日射量の変化に伴う電力損失をより低減した探索点の設定を可能とすることができる。さらに、日射量の変化に同期して最大電力点を探索するための変動幅を決定することができるため、日射量の変化の大きさに関わらず、最大電力点を正確に追従可能な最大電力点追従方式を実現することができる。

さらに、前記実施の形態１と異なる効果として、３点データ記憶部１６を有することで、極値監視部（２）１２は、電流センサ１１から得られる電流値と、この電流値を計測した際の電圧指令値とを用いて、電流値と電圧指令値とを乗算することで太陽電池アレイ１の出力電力値を算出し、今回のＭＰＰＴ制御時と前回のＭＰＰＴ制御時と前々回のＭＰＰＴ制御時との３点の出力電力値において、この３点の出力電力値のうちの中間電圧の出力電力値が最も低い電圧の出力電力値と最も高い電圧の出力電力値とより大きい場合に、極値と判定することができる。

［実施の形態６］
実施の形態６の太陽電池の制御装置を含む太陽光発電システムについて、図１、図７、図１１、図１３〜図１７を用いて説明する。

本実施の形態においては、電流センサの計測データを用いて最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）を実施し、ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣインバータにより太陽電池アレイから出力電力を取り出すシステムについて説明する。

なお、前述した実施の形態１〜５と同様の図、記号、ブロックや接続に関しては同一の動作を行うので説明を省略し、本実施の形態６においては、追加、変更した部分について詳細に説明を行う。

本実施の形態において、太陽光発電システムのブロック図は前記実施の形態１の図１と同様である。図７は、本実施の形態において、図１に示したパワーコンディショナ２の構成の一例を示すブロック構成図である。

図７に示すパワーコンディショナ２では、太陽電池アレイ１に対してＤＣ／ＤＣコンバータ１０が接続され、このＤＣ／ＤＣコンバータ１０のスイッチング素子の通流率を制御することで、太陽電池の出力電力を取り出す。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０により得られた直流電力は、ＤＣ／ＡＣインバータ５によって交流電力へ変換され、電力系統３へ接続される。

なお、図７に示す各部の詳細に関して、最大点追従部（３）１９に関するフローチャートは図１４に示したフローチャートと同様であり、また、変動幅決定部１９ａに関するフローチャートは図１１、図１３に示したフローチャートと同様であり、また、極値監視部（２）１２による極値監視の方法は図１５に示したフローチャートと同様である。

そして、本実施の形態の効果は、前述した図１６、図１７と同様のタイミングチャートとなり、よって、前記実施の形態５と同様の効果を得ることができる。さらに、前記実施の形態５と異なる効果として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を有することで、前記実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

［実施の形態７］
実施の形態７の太陽電池の制御装置を含む太陽光発電システムについて、図１、図８、図１１、図１３〜図１７を用いて説明する。

本実施の形態においては、電流センサと日射計の計測データを用いて最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）を実施し、ＤＣ／ＡＣインバータにより太陽電池アレイから出力電力を取り出すシステムについて説明する。

なお、前述した実施の形態１〜６と同様の図、記号、ブロックや接続に関しては同一の動作を行うので説明を省略し、本実施の形態７においては、追加、変更した部分について詳細に説明を行う。

本実施の形態において、太陽光発電システムのブロック図は前記実施の形態１の図１と同様である。図８は、本実施の形態において、図１に示したパワーコンディショナ２の構成の一例を示すブロック構成図である。

図８に示すパワーコンディショナ２では、日射計１５で取得した日射量がバッファ１４を介して最大点追従部（４）２０に入力される。そして、日射量も含めて、最大点追従部（４）２０による動作が行われる。

なお、図８に示す各部の詳細に関して、最大点追従部（４）２０に関するフローチャートは図１４に示したフローチャートと同様であり、また、変動幅決定部２０ａに関するフローチャートは図１１、図１３に示したフローチャートと同様であり、また、極値監視部（２）１２による極値監視の方法は図１５に示したフローチャートと同様である。

但し、図１１、図１３では電流比を用いた変動の決定を行っているが、日射量がｐ１からｐ２に変化した場合、前述した式（１２）に示した関係が成り立つため、電流比を日射量比として扱うことも可能である。本実施の形態においては、電流比を日射量比として変動量の計算を行う。

そして、本実施の形態の効果は、前述した図１６、図１７と同様のタイミングチャートとなり、よって、前記実施の形態５と同様の効果を得ることができる。さらに、前記実施の形態５と異なる効果として、日射計１５を有することで、前記実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

［実施の形態８］
実施の形態８の太陽電池の制御装置を含む太陽光発電システムについて、図１、図９、図１１、図１３〜図１７を用いて説明する。

本実施の形態においては、電流センサと日射計の計測データを用いて最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）を実施し、ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣインバータにより太陽電池アレイから出力電力を取り出すシステムについて説明する。

なお、前述した実施の形態１〜７と同様の図、記号、ブロックや接続に関しては同一の動作を行うので説明を省略し、本実施の形態８においては、追加、変更した部分について詳細に説明を行う。

本実施の形態において、太陽光発電システムのブロック図は前記実施の形態１の図１と同様である。図９は、本実施の形態において、図１に示したパワーコンディショナ２の構成の一例を示すブロック構成図である。

図９に示すパワーコンディショナ２では、太陽電池アレイ１に対してＤＣ／ＤＣコンバータ１０が接続され、このＤＣ／ＤＣコンバータ１０のスイッチング素子の通流率を制御することで、太陽電池の出力電力を取り出す。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０により得られた直流電力は、ＤＣ／ＡＣインバータ５によって交流電力へ変換され、電力系統３へ接続される。

なお、図９に示す各部の詳細に関して、最大点追従部（４）２０に関するフローチャートは図１４に示したフローチャートと同様であり、また、変動幅決定部２０ａに関するフローチャートは図１１、図１３に示したフローチャートと同様であり、また、極値監視部（２）１２による極値監視の方法は図１５に示したフローチャートと同様である。

但し、図１１、図１３では電流比を用いた変動の決定を行っているが、日射量がｐ１からｐ２に変化した場合、前述した式（１２）に示した関係が成り立つため、電流比を日射量比として扱うことも可能である。本実施の形態においては、電流比を日射量比として変動量の計算を行う。

そして、本実施の形態の効果は、前述した図１６、図１７と同様のタイミングチャートとなり、よって、前記実施の形態５と同様の効果を得ることができる。さらに、前記実施の形態５と異なる効果として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を有することで、前記実施の形態２と同様の効果を得ることができ、また、日射計１５を有することで、前記実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

１…太陽電池アレイ
２…パワーコンディショナ
３…電力系統
４…電圧センサ
５…ＤＣ／ＡＣインバータ
６…極値監視部（１）
７…電流平均化部
８…２点データ記憶部
８ａ…２点データ
９…ＡＶＲ制御部
１０…ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１…電流センサ
１２…極値監視部（２）
１３…初期化部
１４…バッファ
１５…日射計
１６…３点データ記憶部
１６ａ…３点データ
１７…最大点追従部（１）
１７ａ…変動幅決定部
１８…最大点追従部（２）
１８ａ…変動幅決定部
１９…最大点追従部（３）
１９ａ…変動幅決定部
２０…最大点追従部（４）
２０ａ…変動幅決定部

Claims (12)

1. 太陽電池の出力電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部から得られる電流値を入力として前記太陽電池の動作電力値が極値であるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、極値と判定した電圧値と電流値とを記憶する極値監視部と、
   前記電流検出部から得られる電流値と、前記極値と判定した際の前記太陽電池の出力電流値との比に基づいて、前記太陽電池の電圧−電力特性の極値探索を行う際の電圧幅を設定する変動幅決定部と、を有する、ことを特徴とする太陽電池の制御装置。
2. 請求項１記載の太陽電池の制御装置において、
   前記極値監視部は、前記電流検出部から得られる電流値に基づいて、極値の判定条件を可変する機能を有する、ことを特徴とする太陽電池の制御装置。
3. 請求項１記載の太陽電池の制御装置において、
   前記極値監視部は、前記太陽電池の動作電力値が極値であるか否かを判定する際に、前記電流検出部から得られる電流値と前記電流値を計測した際の電圧指令値とを用いて、前記電流値と前記電圧指令値とを乗算することで前記太陽電池の出力電力値を算出し、今回の最大電力点制御時の出力電力値から前回の最大電力点制御時の出力電力値の差分が規定値より小さく、今回の最大電力点制御時の電圧指令値から前回の最大電力点制御時の電圧指令値の差分が規定値より小さい場合には極値と判定する、ことを特徴とする太陽電池の制御装置。
4. 請求項１記載の太陽電池の制御装置において、
   前記極値監視部は、前記太陽電池の動作電力値が極値であるか否かを判定する際に、前記電流検出部から得られる電流値と前記電流値を計測した際の電圧指令値とを用いて、前記電流値と前記電圧指令値とを乗算することで前記太陽電池の出力電力値を算出し、今回の最大電力点制御時と前回の最大電力点制御時と前々回の最大電力点制御時との３点の出力電力値において、この３点の出力電力値のうちの中間電圧の出力電力値が最も低い電圧の出力電力値と最も高い電圧の出力電力値とより大きい場合に極値と判定する、ことを特徴とする太陽電池の制御装置。
5. 請求項１記載の太陽電池の制御装置において、
   前記変動幅決定部は、前記太陽電池の電圧−電力特性の極値探索を行う際の電圧幅を設定する際に、前記電流検出部から得られる電流値と、前記極値と判定した際の前記太陽電池の出力電流値との比の対数演算結果に比例した値を、前記太陽電池の電圧−電流特性の極値を探索する電圧幅として設定する、ことを特徴とする太陽電池の制御装置。
6. 請求項１記載の太陽電池の制御装置において、
   前記変動幅決定部は、前記太陽電池の電圧−電力特性の極値探索を行う際の電圧幅を設定する際に、前記電流検出部から得られる電流値と、前記極値と判定した際の前記太陽電池の出力電流値との比を基準となる電流比のべき乗と比較し、この比較結果に基づいて、基準となる電圧幅を整数倍して、前記太陽電池の電圧−電流特性の極値を探索する電圧幅を設定する、ことを特徴とする太陽電池の制御装置。
7. 太陽電池の出力電流を検出する電流検出部と、
   日射量を検出する日射計と、
   前記電流検出部から得られる電流値を入力として前記太陽電池の動作電力値が極値であるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、極値と判定した電圧値と電流値と日射量とを記憶する極値監視部と、
   前記日射計から得られる日射量と、前記極値と判定した際の日射量との比に基づいて、前記太陽電池の電圧−電力特性の極値探索を行う際の電圧幅を設定する変動幅決定部と、を有する、ことを特徴とする太陽電池の制御装置。
8. 請求項７記載の太陽電池の制御装置において、
   前記極値監視部は、前記電流検出部から得られる電流値に基づいて、極値の判定条件を可変する機能を有する、ことを特徴とする太陽電池の制御装置。
9. 請求項７記載の太陽電池の制御装置において、
   前記極値監視部は、前記太陽電池の動作電力値が極値であるか否かを判定する際に、前記電流検出部から得られる電流値と前記電流値を計測した際の電圧指令値とを用いて、前記電流値と前記電圧指令値とを乗算することで前記太陽電池の出力電力値を算出し、今回の最大電力点制御時の出力電力値から前回の最大電力点制御時の出力電力値の差分が規定値より小さく、今回の最大電力点制御時の電圧指令値から前回の最大電力点制御時の電圧指令値の差分が規定値より小さい場合には極値と判定する、ことを特徴とする太陽電池の制御装置。
10. 請求項７記載の太陽電池の制御装置において、
    前記極値監視部は、前記太陽電池の動作電力値が極値であるか否かを判定する際に、前記電流検出部から得られる電流値と前記電流値を計測した際の電圧指令値とを用いて、前記電流値と前記電圧指令値とを乗算することで前記太陽電池の出力電力値を算出し、今回の最大電力点制御時と前回の最大電力点制御時と前々回の最大電力点制御時との３点の出力電力値において、この３点の出力電力値のうちの中間電圧の出力電力値が最も低い電圧の出力電力値と最も高い電圧の出力電力値とより大きい場合に極値と判定する、ことを特徴とする太陽電池の制御装置。
11. 請求項７記載の太陽電池の制御装置において、
    前記変動幅決定部は、前記太陽電池の電圧−電力特性の極値探索を行う際の電圧幅を設定する際に、前記日射計から得られる日射量と、前記極値と判定した際の前記日射計の日射量との比の対数演算結果に比例した値を、前記太陽電池の電圧−電流特性の極値を探索する電圧幅として設定する、ことを特徴とする太陽電池の制御装置。
12. 請求項７記載の太陽電池の制御装置において、
    前記変動幅決定部は、前記太陽電池の電圧−電力特性の極値探索を行う際の電圧幅を設定する際に、前記日射計から得られる日射量と、前記極値と判定した際の前記日射計から得られる日射量との比を基準となる日射量比のべき乗と比較し、この比較結果に基づいて、基準となる電圧幅を整数倍して、前記太陽電池の電圧−電流特性の極値を探索する電圧幅を設定する、ことを特徴とする太陽電池の制御装置。
    
    
    

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